JP4745512B2 - カラー画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式等を利用した画像形成装置に関し、特に複数色を重ね合わせたカラー画像を形成するカラー画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に電子写真方式の画像形成装置では、使用環境や現像器、感光ドラムの印字枚数による特性変動、感光ドラムの製造時における感度ばらつき、トナーの製造時における摩擦帯電特性のばらつき等により、印字画像の濃度特性に変動が生じる。
【0003】
これらの変化、変動特性を安定化させる努力は日々行なわれているが、未だ十分ではない。特にカラー画像形成装置では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色の現像剤(トナー)を重ねて色再現を行うので、4色の現像像、即ち、トナー像の濃度が正確に調整されていなければ、良好なカラーバランスを得ることができない。
【0004】
従って、多くのカラー画像形成装置においては、帯電電位、露光量、現像バイアス等の画像形成条件を自動調整する画像濃度調整機構が搭載されている。この画像濃度調整の一般的な方法は次の通りである。
【0005】
先ず、像坦持体或いは転写材坦持体上に予め決められた画像形成条件でトナー像を形成し、そのトナー像の濃度を発光素子及び受光素子からなる光学センサー(濃度センサー)で検出する。そして検出されたトナー像の濃度に応じて画像形成条件を調整する。
【0006】
その際、黒色のトナーに関しては、受光光量が大きく感度が優れた正反射型のセンサーを用い、それ以外のイエロー、マゼンタ、シアン等のカラー(色)トナーに関しては、高濃度の検知精度が高い拡散反射(乱反射)型のセンサーを用いて濃度検知を行うと、濃度コントロールの性能が良いことが知られており、この方式は多くのカラー画像形成装置で採用されている。
【0007】
一例を挙げると、特開平6−66722号公報に係るトナー濃度検出装置は、トナー像が形成された像担持体に対して発光素子の光を照射し、その反射光を受光素子によって検出することにより、像担持体上のトナー濃度を検出する装置であり、反射光のうち正反射光を検出する位置に黒色用受光素子を配置し、反射光のうち乱反射光を検出する位置にカラー用受光素子を配置した構成を採る。
【0008】
上述のような光学式の濃度検知手段、即ち、濃度センサーを使用する場合、発光素子の光量変動や受光素子の受光特性変動、或いは濃度センサーの取り付け位置のばらつき、更に、検知用トナー像を形成する像担持体や転写材担持体の表面特性の変動等の影響により、濃度検知精度が悪化してしまうので、何らかの方法で補正する必要がある。
【0009】
一般的な正反射型の濃度センサーの場合には、濃度センサーのトナーパターンの読み値を、トナーパターンが形成されている像担持体或いは転写材担持体の地肌をセンサーで検知した際の検出値(下地出力値)で正規化する方法が知られている。
【0010】
一方、拡散反射型濃度センサーの場合には、下地の像担持体或いは転写材担持体が黒色以外で、且つその表面特性(反射率)が所定の値に安定していないと、上述のような正規化補正ができないので、出力値の補正が困難であった。従って、拡散反射型濃度センサーの補正に関しては、他の方式が用いられる。
【0011】
拡散反射型センサー補正の公知例としては、特開平9−284556号公報に記載された方法がある。同公報に述べられている画像形成装置は、感光体上にテストパターンの潜像を形成する潜像形成手段と、潜像を可視化する現像手段と、可視化されたテストパターンが転写される中間転写体と、そのテストパターンの濃度を検出する濃度センサーと、そして中間転写体近傍の基準校正部材とを有し、この基準校正部材の反射光量を濃度センサーで検出し、このときの濃度センサーの出力値に基づいて階調補正を行うように構成する。
【0012】
また他の公知例として、特開平12−258966号公報に係る方法がある。同公報の画像形成装置は、像担持体、又は転写材担持体若しくは中間転写体上に、濃度検知用パターンを形成して、その濃度検知用パターンの濃度を拡散反射型と正反射型の濃度検知センサーにより検知する際、濃度検知用パターンの濃度を拡散反射型の濃度検知センサーによって検知したときの値を、像担持体、又は転写材担持体若しくは中間転写体の表面を正反射型の濃度検知センサーによって検知したときの値に基づいて正規化するようしている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような拡散反射型濃度センサーの補正方法を用いた画像形成装置では、以下のような不具合がある。
【0014】
特開平9−284556号公報に係る画像形成装置の場合には、基準校正部材を新たに設ける必要があるため、部品点数が増加し、コストアップや装置の大型化を招いていた。更に、基準校正部材のばらつきが大きいと、補正精度が悪くなり、すなわち濃度のばらつきを大きくしてしまうという問題があった。
【0015】
また、特開平12−258966号公報に係る画像形成装置の場合には、発光素子の光量ばらつきを補正するためには有効であるものの、下地の反射率低下やセンサーの位置ずれに起因する出力変動を補正するのには不適切であった。以下にその理由を簡単に説明する。
【0016】
先ず、濃度センサーの発光素子の光量が変動した場合について説明する。この場合、正反射光と拡散反射光の受光出力は、ともに同じ割合で変動する。従って、下地に対する正反射出力値の変動比率を検出すれば、その変動比率を用いて、拡散反射出力の補正が可能である。
【0017】
一方、像担持体或いは転写材担持体の光沢(反射率)が変動した場合は、正反射出力については変動があるものの、拡散反射出力の変化は生じない。従って、下地に対する正反射出力の変動率を用いて拡散反射出力に補正をしてしまうと、本来変動のない拡散反射出力に不必要な補正が加わり、却って検知精度を悪化させてしまう。また、センサーの位置ずれが生じた場合も、指向性の強い正反射出力は変動するが、指向性が弱い拡散反射出力値はほとんど変動しないので、同様の不具合が生じてしまう。
【0018】
このように、特開平12−258966号公報に述べられている拡散反射補正の方法は、出力の変動要因に応じて、適切である場合と不適切である場合がある。しかしながら、センサー出力が変動した要因(発光光量変動、下地変動、センサー位置ずれ)を特定することは、非常に困難である。故に、この補正方法を用いる場合は、下地変動やセンサーの位置ずれが生じないという制限が必要になるので、実用上最適な方式とはいえなかった。
【0019】
従って、本発明の目的は、上記従来技術の問題に鑑み、基準校正板などの部材を新たに追加する必要なく、又、濃度センサーのあらゆる出力変動要因に対処してセンサー出力の補正を行うことができ、これにより、低コスト且つ色再現の安定性に優れたカラー画像形成装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係るカラー画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明の一態様によれば、像担持体若しくは転写材担持体上に色トナーを用いて濃度検知用トナー像を形成し、前記濃度検知用トナー像の濃度を拡散反射型と正反射型の濃度検知手段により検知して、その検知結果に基づいて画像形成条件を制御する画像濃度制御機構を有するカラー画像形成装置であって、
前記画像濃度制御機構は、
前記像担持体若しくは転写材担持体表面からの反射光を前記正反射型の濃度検知手段により検知した正反射出力P2について、予め定められた基準下地出力P1に対する比率αp=P2/P1を算出し、
前記濃度検知用トナー像からの反射光を前記正反射型の濃度検知手段により検知した正反射出力P4を前記αpで除することで正規化した出力P3を、前記正反射出力から前記濃度への変換式または変換テーブルによって濃度D1へ変換し、
前記D1を、前記濃度から前記拡散反射出力への変換式または変換テーブルによって拡散反射出力の基準出力S1へ変換し、
前記濃度検知用トナー像からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力S2について、前記S1に対する比率αs=S2/S1を算出し、
前記αsの算出以降に形成した前記濃度検知用トナー像の濃度を検知する際に、該濃度検知用トナー像からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力を、前記αsで除することで正規化した後、前記拡散反射出力から前記濃度への変換式または変換テーブルによって前記濃度へ変換することを特徴とするカラー画像形成装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、像担持体若しくは転写材担持体上に色トナーを用いて濃度検知用トナー像を形成し、前記濃度検知用トナー像の濃度を拡散反射型と正反射型の濃度検知手段により検知して、その検知結果に基づいて画像形成条件を制御する画像濃度制御機構を有するカラー画像形成装置であって、
前記画像濃度制御機構は、
前記像担持体若しくは転写材担持体表面からの反射光を前記正反射型の濃度検知手段により検知した正反射出力P2について、予め定められた基準下地出力P1に対する比率αp=P2/P1を算出し、
前記濃度検知用トナー像からの反射光を前記正反射型の濃度検知手段により検知した正反射出力P4を前記αpで除することで正規化した出力P3を、前記正反射出力から前記濃度への変換式または変換テーブルによって濃度D1へ変換し、
前記濃度検知用トナー像からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力S2を、前記拡散反射出力と前記濃度との直線的な関係に対応する変換式または変換テーブルによって濃度D2へ変換し、
前記D2について、前記D1に対する比率αs=D2/D1を算出し、
前記αsの算出以降に形成した前記濃度検知用トナー像の濃度を検知する際に、該濃度検知用トナー像からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力を、前記αsで除することで正規化した後、前記拡散反射出力から前記濃度への変換式または変換テーブルによって前記濃度へ変換することを特徴とするカラー画像形成装置が提供される。
【0021】
本発明の他の態様によれば、像担持体若しくは転写材担持体上に色トナーを用いて濃度検知用トナー像を形成し、前記濃度検知用トナー像の濃度を拡散反射型と正反射型の濃度検知手段により検知して、その検知結果に基づいて画像形成条件を制御する画像濃度制御機構を有するカラー画像形成装置であって、
前記画像濃度制御機構は、
前記像担持体若しくは転写材担持体表面からの反射光を前記正反射型の濃度検知手段により検知した正反射出力P2について、予め定められた基準下地出力P1に対する比率αp=P2/P1を算出し、
前記濃度検知用トナー像からの反射光を前記正反射型の濃度検知手段により検知した正反射出力P4を前記αpで除することで正規化した出力P3を、前記正反射出力から前記濃度への変換式または変換テーブルによって濃度D3へ変換し、
前記D3を、前記濃度から前記拡散反射出力への変換式または変換テーブルによって拡散反射出力の基準出力S3に変換し、
前記S3と、前記濃度検知用トナー像からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力S4と、予め定められた基準拡散反射出力S5と、前記像担持体若しくは転写材担持体表面からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力S6と、を用いて比率αs=(S4−S6)/(S3−S5)を算出し、
前記αsの算出以降に形成した前記濃度検知用トナー像の濃度を検知する際に、該濃度検知用トナー像からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力を、前記αsを用いて正規化した後、前記拡散反射出力から前記濃度への変換式または変換テーブルによって前記濃度へ変換することを特徴とするカラー画像形成装置が提供される。
【0022】
本発明にて一実施態様によれば、前記像担持体は、電子写真感光体であるか、或いは、中間転写体である。
【0023】
本発明にて他の実施態様によれば、前記像担持体及び転写材担持体は、光沢性を有している。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るカラー画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【0025】
実施例1
図1は、本発明のカラー画像形成装置の一実施例を示す断面図である。以下、図面に沿って本実施例のカラー画像形成装置を説明する。カラー画像形成装置は、本実施例では、ドラム状の電子写真感光体である第一の像担持体としての感光ドラム1と、第二の像担持体である中間転写体、即ち、本実施例では中間転写ベルト5とを有する。
【0026】
第一の像担持体である感光ドラム1は、図示しない駆動手段によって図の矢印方向に駆動され、一次帯電器2により表面が一様に帯電される。次いで、露光装置3よりイエローの画像模様に従ったレーザー光Lが感光ドラム1に照射され、感光ドラム1の外周表面上に潜像が形成される。更に、感光ドラム1が矢印方向に進むと、回転支持体11により支持された現像装置4a、4b、4c、4dのうち、イエロー(Y)のトナーが入った現像装置4aが感光ドラム1に対向するよう回転し、選択されたイエロー現像装置4aによって潜像が現像され、イエロートナー像として可視化される。
【0027】
第二の像担持体である中間転写ベルト5は、感光ドラム1と略同速で図の矢印方向に回転し、感光ドラム1上に形成されたトナー像が中間転写ベルト5の外周表面に、一次転写ローラ8aに印加した一次転写バイアスによって一次転写される。以上の行程をマゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色について行うことにより、中間転写ベルト5上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色を重畳したトナー像が形成される。
【0028】
中間転写ドラム5への画像形成に対応して、所定のタイミングで転写材カセット12内から転写材がピックアップローラー13によって取り出され、図示しない搬送ローラによって中間転写ベルト5に給紙される。これと同時に二次転写ローラ8bが転写材を挟んで中間転写ベルト5に当接され、二次転写ローラ8bに印加されている二次転写バイアスにより、中間転写ベルト5上の4色のトナー像が転写材へ一括して二次転写される。
【0029】
4色のトナー像が転写された転写材は、搬送ベルト14によって定着装置6まで搬送され、そこで加熱及び加圧することによりトナーが溶融固着して、転写材にフルカラーの定着画像が得られる。中間転写ベルト5上の転写残りトナーは、中間転写ベルトクリーナ15により清掃される。一方、感光ドラム1上の転写残りトナーは、ブレードを有するクリーニング装置7によって清掃される。
【0030】
本実施例のカラー画像形成装置は、画像濃度を自動的に調整する画像濃度制御機構が設けられている。本実施例では、第二の像担持体である中間転写ベルト5を濃度検知媒体として使用しており、画像濃度調整機構は、感光ドラム1に対し画像形成条件を段階的に変えて複数の濃度検知用トナー画像(パターン)を形成し、そのパターンを中間転写ベルト5上に転写して、中間転写ドラム5上のパターンについて反射光量を濃度センサー9で測定し、その測定結果に基づき所望の濃度(反射光量)が得られる画像形成条件を算出して、画像濃度の制御を行っている。
【0031】
本実施例によれば、濃度検知手段としての濃度センサー9は、図2に示すように、正反射型センサーと拡散反射型センサーを一体化した複合センサーに形成され、LEDからなる発光素子91、フォトダイオードからなる正反射光受光素子92及び拡散反射光受光素子93を有して構成されている。発光素子91は、中間転写ベルト5表面の垂直方向(法線)に対して30度の角度で設置されており、赤外光を中間転写ベルト5上のパターンPに照射させる。正反射光受光素子92は、発光素子91に対して対称位置に設置されているおり、パターンPからの正反射光を検出する。また拡散反射光受光素子93は、中間転写ベルト5に対して垂直方向に設置されており、パターンPからの拡散反射光を検出する。
【0032】
図3は、中間転写ベルト5上にブラック(黒色)トナーによるパターンを形成し、そのパターンによる反射光を正反射光受光素子92及び拡散反射光受光素子93で検出したときの出力特性を示した図である。図3中、縦軸は正反射成分及び拡散反射成分のセンサー出力値を示しており、横軸はパターンを紙上に転写し、定着した後の光学濃度から紙濃度を引いた濃度値である。
【0033】
本実施例において、中間転写ベルト5はポリイミド樹脂製の単層樹脂ベルトからなり、樹脂内に適量のカーボン微粒子を分散してベルトの抵抗調整を行っている。このため中間転写ベルト5の表面色は黒色であり、拡散反射がほとんど生じない。中間転写ベルト5の表面は平滑性が高く、光沢性を有しており、光沢度は約100%(堀場製作所製光沢計IG−320で測定)である。
【0034】
中間転写ベルト5の表面にパターンがなく、表面が露出している状態(トナー濃度0)では、図3に示すように、正反射受光素子92が光を検出する。理由は、上記のように中間転写ベルト5の表面が光沢性を有するからである。一方、中間転写ベルト5上に黒色トナーのパターンが形成された場合は、パターンのトナー濃度が増加するに従って、図3中に実線で示すように、正反射出力は次第に減少していく。これは、トナーが中間転写ベルト5の表面を覆い隠すことにより、ベルト表面からの正反射光が減少するからである。
【0035】
これに対し、拡散反射素子93の検出出力は、図3中に破線で示すように、トナー濃度にかかわらず低い値を示す。これは、中間転写ベルト5及び黒トナーともに、拡散反射成分をほとんど有しないからである。
【0036】
従って、黒トナーによるパターンの濃度検出にあたっては、正反射成分を用いることが好ましく、本実施例でも、正反射受光素子92の検出出力から黒パターンのトナー濃度を算出する。
【0037】
図4は、中間転写ベルト5上にイエロー色のトナーによるパターンを形成し、そのパターンによる反射光を正反射光受光素子92及び拡散反射光受光素子93で検出したときの出力特性を示した図である。図4において縦軸及び横軸の意味は図3と同様である。図4中、正反射光成分の出力特性は、黒トナーの場合とほぼ同じ特性を示す(図中の実線)。つまり、イエロートナーの場合においても、正反射成分は中間転写ベルト5の表面反射(光沢)が主であることを表している。
【0038】
これに対し、拡散反射素子93の検出出力は、トナー濃度の増加に伴い、上昇していく(図中の破線)。更に、正反射成分と異なり、高濃度領域においても、良好な出力特性を示す。
【0039】
従って、イエロートナーによるパターンの濃度検出にあたっては、拡散反射成分を用いることが好ましく、本実施例でも、拡散反射受光素子93の検出出力からイエローパターンのトナー濃度を算出する。また他の色のマゼンタトナー、シアントナーの出力特性も、イエロートナーとほぼ同様であり、従って、他の色トナーのパターンの濃度検出にも、拡散反射受光素子93の検出出力を用いる。
【0040】
次に、濃度センサー9が中間転写ベルト5に対し傾いたときの指向正当性について説明する。傾きは、図6に示すように、中間転写ベルト5表面の法線νと拡散反射受光素子93の方向とがなす、センサーの取り付け角度θで表わされる。
【0041】
図5に、センサーを傾けた場合の正反射出力と拡散反射出力の変化を示す。縦軸はセンサーの傾きがないときの受光出力を100としたときの比率を示しており、横軸はセンサーの取り付け角度θを示す。なお、正反射出力には中間転写ベルト5の出力値(下地出力値)を、また拡散反射出力には濃度1.5のイエローパターンからの出力値を使用した。
【0042】
図5から解るように、正反射出力はセンサー取り付け角度θの変化とともに、その出力値が減少する。これは、正反射成分が強い指向性特性を有していることを表している。一方、拡散反射成分は、出力値が取り付け角度θによらず一定であり、指向性がほとんどないことを表す。
【0043】
なお、センサーの取り付け位置のずれは、図6で示した横方向の傾きのみならず、例えば、中間転写ベルト5と濃度センサー9の間の距離変動、或いは縦方向の傾き等でも生じるが、いずれの場合も、正反射成分と拡散反射成分との指向性特性の違いにより、図5に示した特性と類似した特性になる。すなわち、濃度センサー9の取り付け位置が変動した場合に、正反射光受光素子92の受光出力は減少するものの、拡散反射受光素子93の受光出力は変わらないことになる。
【0044】
次に、本発明の大きな特徴である拡散反射光出力の補正について図7を用いて説明する。本補正は色トナーの濃度検出に使用される。イエロー、マゼンタ、シアンの色トナーについては全て同一の方法で補正を行うので、ここでは、イエロートナーの濃度検出を例に挙げて説明する。
【0045】
先ず、図7について説明する。図7において、実線で示したL1は、センサー出力特性の変動要因(発光光量変動、中間転写ベルト5の光沢変動、濃度センサー9の取り付け位置ずれ等)がないデフォルト状態での正反射出力特性を表し、L3は同じく拡散反射出力特性を表している。このL1及びL3の特性(濃度とセンサー出力値の関係)は、あらかじめ装置本体のメモリ内に変換テーブルとして格納されている。L1及びL3の特性を格納する形態は変換式の形でもよく、本体メモリの容量や計算速度に応じて、最適な方法を選択すればよい。
【0046】
図7中、破線で示したL2、L4は、センサー出力特性に変動があった場合の正反射出力特性(L2)、同じく拡散反射出力特性(L4)を表している。本実施例では、発光素子91の発光光量が初期値(L1、L3で示すデフォルト値)に対して80%にまで減少し、且つセンサーの取り付け角度θが2度傾いた場合を例に挙げる。この場合、拡散反射光の受光出力は、発光素子の光量変動のみの影響を受けるので、出力値は80%に減少している(たとえは、図中S1に対してS2は0.8倍)。
【0047】
一方、正反射光受光出力は、発光素子の光量変動に加え、センサーの傾きの影響も受ける。センサーが2度傾いた場合の出力変動比率は、図5より約0.8倍であるので、従って本例では、正反射出力の変動比率は0.8×0.8=0.64となる(例えば、図7中P1に対してP2は0.64倍)。本発明は、このように正反射出力と拡散反射出力の変動比率が異なる場合でも、拡散反射出力の補正を行えるようにしたことが大きな特徴である。
【0048】
以下、本発明による拡散反射光出力の補正手順を図8及び図9を参照して説明する。先ず、中間転写ベルト5の表面を正反射受光素子92で検出する。このときの検出値はP2(下地出力)となる。次に、中間転写ベルト5上に基準トナー画像を形成する。ここで、基準トナー画像は、濃度が常に一定である必要はなく、拡散反射出力及び正反射出力がともに十分出力されるパターンであることが重要である。本実施例では、基準トナー画像として画像比率33%のハーフトーンディザ画像を使用した。なお、本実施例に使用したカラー画像形成装置では、上記の33%のハーフトーンディザ画像の画像濃度は、おおむね0.3以上0.7以下の範囲に入り、本例では0.6(図中D1)であった。当然のことながら、基準トナー画像のパターンやハーフトーン比率はこれに限るものではなく、本発明を使用する画像形成装置に合わせて最適なパターンを選択すればよい。
【0049】
次に、前記の基準トナー画像からの出力値を正反射受光素子92及び拡散反射受光素子93で検出する。正反射出力及び拡散反射出力は、それぞれ図7のP4、S2となる。
【0050】
次に、正反射出力によって基準トナー画像の濃度D1を算出する。正反射出力の場合、一般的に知られた正規化による補正(特開平12−258966号公報等に同様の補正方法が開示されている)で、トナー濃度の算出が可能であり、以下にその方法を説明する。
【0051】
先ず、測定された下地出力P2とあらかじめ定められた基準下地出力P1より、正反射出力の変動比率αpを、
αp=P2/P1
で算出する。次に、基準トナー画像の出力値P4を変動比率αpで正規化し、補正後の出力P3を、
P3=P4/αp
で算出する。
【0052】
正反射出力特性テーブル(L1)を参照することにより、算出された補正後出力P3から基準トナー画像の濃度D1を算出する。
【0053】
次に、拡散反射出力特性テーブル(L3)を参照して、濃度D1に対する基準出力S1を算出する。
【0054】
実際に基準トナー画像から得られた拡散反射出力値S2と濃度D1に対する基準出力S1より、拡散反射出力の変動比率αsを、
αs=S2/S1
で算出する。
【0055】
なお、本実施例のように、拡散反射出力とトナー濃度の関係が直線的である場合は、図9に示すように、基準トナー画像の拡散反射出力S2を拡散反射出力特性テーブルL3を用いて直接的に参照し、その際の出力濃度D2から変動比率αsを算出しても良い。この場合、αsは、
αs=D2/D1
である。
【0056】
以上の手順により拡散反射出力の変動比率αsが求められるので、他のトナー画像(画像濃度制御に使用するトナー画像)の濃度は、トナー画像からの拡散反射出力値をαsにより正規化した後、拡散反射出力の特性テーブル(L3)を参照すれば算出できる。
【0057】
以上、本実施例における拡散反射出力の補正方法について説明した。本補正の特徴は、正反射出力及び拡散反射出力がともに得られるような濃度領域(本実施例では、濃度1.0以下の領域)で、検知精度が優れた正反射受光素子を用いて基準トナー画像に対する濃度を検出し、その検出濃度値を用いて拡散反射受光出力を補正することにより、拡散反射出力による濃度検出の精度を向上させるところにある。更に、拡散反射出力で濃度検出を行うことにより、正反射出力で検知不可能であった高濃度領域(本実施例では、濃度1.0以上)においても、正確な濃度検出が可能になる。
【0058】
次に、本実施例のカラー画像形成装置の画像濃度制御について以下に詳細を述べる。画像濃度制御は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの順に行われるが、最初に行われるイエロー画像の画像濃度制御について説明をする。
【0059】
先ず、帯電ローラ2によって、感光ドラム1は表面電位が−600Vとなるよう帯電される。ここで、感光ドラムの感度及びレーザーの露光量は、レーザー露光部分の電位(Vl)が常温常湿度(23℃、60%Rh)でおおよそ−200Vになるように、あらかじめ調整されている。現像バイアスは、図10に示されるような、直流電圧に矩形波(周波数2000Hz、電圧1600Vpp)を重畳したものを用い、直流電圧成分Vdcを可変することでトナーの現像量を制御する。
【0060】
画像濃度制御用のトナーパターンは、第一の像担持体である感光ドラム1上に作像された後に、第二の像担持体である中間転写ベルト5に転写される。図11は、中間転写ベルト上の画像濃度制御用のトナーパターンを示す図であり、濃度センサー9の設置されている部分に間隔をあけて合計6つの30mm角のパターン画像T0〜T5が形成されている。このうちトナーパターンT0は、先に説明した拡散反射出力の補正に使用するハーフトーンパターン(基準トナー画像)であり、トナーパターンT1からT5は、画像形成条件(現像バイアス)の制御に使用されるベタ画像パターンである。
【0061】
ここで、基準トナー画像T0は、標準Vdcの−400Vで現像されており、パターンT1からT5は、各々異なる直流電圧成分の現像バイアスで現像されている。本例では、T1からT5に対応する現像バイアスの直流成分Vdcを−300Vから−500Vまで50V刻みで変化させた。
【0062】
トナーパターンT1からT5の濃度は、拡散反射出力値より算出するが、それに先立って、トナーパターンT0を用いて、前述した拡散反射出力の補正係数(拡散反射の変動比率αs)の算出を行っている。なお、補正係数の算出の際に使用される中間転写ベルト5の正反射出力値は、トナーパターンの形成される以前に測定されている。
【0063】
トナーパターンT1からT5に対する濃度の測定結果の一例を図12に示す。本例では、ベタ画像の濃度目標値(適正濃度値)を1.4とし、これにもっとも近いと推定される現像条件(本例では、現像バイアスの直流電圧成分)で以後の画像形成を行うように制御する。本例では、図12中、丸印で示す5点の反射濃度データが得られた。反射濃度が1.4となる現像条件は直流成分Vdcが−400Vと−450Vの間にあり、この区間で直流成分と反射濃度が近似的に比例関係にあるとすると、直流成分が−400Vと−450Vのときの反射濃度から内分して、約−420Vのときに反射濃度が1.4となることが求められる。したがって、本例では、以後の画像形成条件としてイエロー画像形成の現像バイアスの直流成分Vdcを−420Vに制御する。
【0064】
以上のような制御をマゼンタ、シアンに対しても実行することにより、色トナーの画像濃度制御が終了する。
【0065】
次に、ブラックトナーの濃度制御は、基準トナー画像T0を使用せず、画像形成条件制御用のトナー画像T1からT5も50%印字比率のハーフトーンパターンとし、更に、制御の目標濃度(適正濃度値)を0.8として行った。
【0066】
理由は、ブラックトナーの濃度検出は、正反射出力を使用するので高濃度領域の検知精度が悪く、色トナーのようにベタ画像パターンが使用できないからである。また拡散反射出力の補正が行われないので、基準トナー画像T0も必要ない。なお、黒トナーの濃度制御にハーフトーンパターンを使用するのは一般的な手法であり、特に黒画像の場合は、テキストの文字幅を適正化することが重要なので、ベタ濃度よりもハーフトーン濃度を制御する方が好適であるともいえる。
【0067】
以上の濃度制御により、色トナー画像、黒トナー画像ともに適正な濃度を得ることが可能になる。
【0068】
上記の画像濃度制御は、所定の枚数をプリントする毎、装置本体の電源オン時、及び感光ドラム1若しくは現像器4(4a〜4d)の交換時、装置が長時間使用されていない状態でプリント命令を受けた時などに、画像形成(プリント)に先立って実行される。
【0069】
更に、画像濃度の変動因が大きく、現像バイアスのみで対応しきれない場合は、帯電条件若しくは露光条件(露光量)等、他の画像形成条件を組み合わせて制御することもできる。
【0070】
例えば、ベタ濃度を調整した状態でのハーフトーンの濃度特性(一般にハーフトーンγ特性)がばらつく場合は、露光条件等を調整し中間調濃度の補正する必要がある。この中間調濃度補正を行う場合も、ハーフトーンのトナー画像濃度を検出する必要があり、本実施例で説明した拡散反射出力の補正が適用できる。
【0071】
以上では、第一の像担持体である感光ドラム1上に濃度検知用のトナーパターンを形成し、そのトナーパターンを第二の像担持体である中間転写ベルト5へ転写して、中間転写ベルト5上のトナーパターンについて、そのトナー像濃度を拡散反射型と正反射型の濃度検知センサーにより検知したが、感光ドラム1上で濃度検知用のトナーパターンのトナー像濃度を検知することもできる。
【0072】
以上のように、本実施例によれば、感光ドラム、中間転写体のような像担持体上に濃度検知用のトナー像を形成し、そのトナー像の濃度を拡散反射型と正反射型の濃度検知センサーにより検知して、その検知結果に基づいて画像形成条件を制御するに際し、像担持体上にカラートナーの基準トナー像を形成し、基準トナー像からの反射光を拡散反射型と正反射型の濃度検知センサーにより検知し、その際の正反射型濃度検知センサーの出力値と拡散反射型濃度センサーの出力値とに基づいて、拡散射型濃度検知センサーの出力値補正を行うようにしたので、色トナーの濃度検知精度が向上し、その結果、低コスト且つ色再現の安定性に優れたカラー画像形成装置を提供することが可能になった。
【0073】
又、色トナーの濃度検出に拡散反射出力を用いるので、正反射出力により濃度を検出する方式に比べて、高濃度領域の検知精度を向上することができる。具体的には、正反射出力により検出可能な色トナー濃度は約1.0以下であったが、拡散反射光を用いて濃度検出を行うことにより、濃度1.0以上の領域においてもトナー濃度の検出が可能になる(図4を参照)。更に、色トナーの高濃度領域におけるトナーの載りすぎも抑制できるので、トナー載り量が多いときに発生する転写不良や定着不良といった様々な弊害を防止することができる。
【0074】
実施例2
本実施例では、検知用トナー画像が形成される像担持体、本実施例では中間転写体が黒色以外の場合についての拡散反射出力の補正方法について説明する。
【0075】
具体的には、例えば中間転写体上にカラートナーの基準トナー像を形成し、基準トナー像からの反射光を拡散反射型と正反射型の濃度検知センサーにより検知し、その際の正反射型濃度検知センサーの出力値と拡散反射型濃度センサーの出力値と、更に、中間転写体の表面を拡散反射型の濃度検知センサーによって検知した検知出力値とに基づいて、拡散射型濃度検知センサーの出力値補正を行うことを特徴とする。
【0076】
本実施例に使用したカラー画像形成装置の主たる構成、及び画像濃度制御方法は、実施例1と同様であり詳細な説明は省略する。
【0077】
本実施例において、中間転写ベルト5はポリイミド樹脂製の単層樹脂ベルトであり、ベルトの抵抗調整のために適量の酸化チタン微粒子を樹脂内に分散している。従って中間転写ベルト5の表面色は灰色であり、ベルト自体が拡散反射成分を有する。中間転写ベルト5の表面は平滑性が高く、光沢性を有し、光沢度は約100%(堀場製作所製光沢計IG−320で測定)である。
【0078】
図13は、本実施例に使用した中間転写ベルト5上に黒色のトナー像を形成し、反射光を正反射光受光素子92及び拡散反射光受光素子93で検出したときの出力特性を示した図である。図13において、縦軸は正反射成分及び拡散反射成分の出力値を示しており、横軸はトナー像を紙上に転写し、定着した後の光学濃度から紙濃度を引いた濃度値である。
【0079】
図13中、中間転写ベルト5の表面にトナーがなく、表面が露出している状態(トナー濃度0)ときには、正反射受光素子92が反射光を検出する。理由は、前述のように中間転写ベルト5の表面が光沢性を有するからである。中間転写ベルト5上に黒色トナー像が形成された場合、トナー像の濃度が増加するに従って、図13中に実線で示すように、正反射出力は次第に減少していく。これは、トナーが中間転写ベルト5の表面を覆い隠すことにより、ベルト表面からの正反射光が減少するからである。
【0080】
一方、拡散反射素子93の検出出力も、中間転写ベルト5の表面が露出している状態(トナー濃度0)のときに光を検出する。理由は、本実施例に使用した中間転写ベルト5が灰色のため拡散反射性を有するからである。中間転写ベルト5上に黒色トナー像が形成された場合、トナー像の濃度が増加するに従って、図13中に破線で示すように、拡散反射出力は次第に減少していく。これは、トナーが中間転写ベルト5の表面を覆い隠すことにより、ベルト表面からの拡散反射光が減少するからである。
【0081】
この場合、黒トナーの濃度検出にあたっては、正反射成分を用いても拡散反射成分を用いても良いことになるが、本実施例では、実施例1と同様に、正反射受光素子92の検出出力からトナー濃度を算出する。理由は、一般に正反射受光光量の方が拡散反射受光光量より大きくなるので、ノイズの影響を受けにくく、検知精度が高くなるからである。
【0082】
図14は、中間転写ベルト5上にイエロー色のトナー像を形成し、反射光を正反射光受光素子92及び拡散反射光受光素子93で検出したときの出力特性を示した図である(縦軸及び横軸の意味は図13と同様である)。図13中、正反射光成分の出力特性(図中の実線)は、黒トナーの場合とほぼ同じ特性を示す。つまり、イエロートナーの場合においても、正反射成分は中間転写ベルト5の表面反射(光沢)が主であることを表している。
【0083】
これに対し、拡散反射素子93の検出出力は、中間転写ベルト5の表面が露出している状態(トナー濃度0)ときに反射光を検出しており、そこからトナー濃度の増加に伴い、図14に破線で示すように上昇していく。更に、正反射成分と異なり、高濃度領域においても良好な出力特性を示す。
【0084】
従って、イエロートナーの濃度検出にあたっては、拡散反射成分を用いることが好ましく、本実施例でも拡散反射受光素子93の検出出力から、トナー濃度を算出する。また他の色トナー(マゼンタトナー、シアントナー)の出力特性も、イエロートナーとほぼ同様であり、従って、他の色トナーの濃度検出にも、拡散反射受光素子93の検出出力を用いる。
【0085】
次に、本発明の特徴である拡散反射光出力の補正について図15を用いて説明する。本補正は色トナーの濃度検出に使用されるが、イエロー、マゼンタ、シアの色トナーについては全て同一の方法で補正を行うので、ここでは、イエロートナーの濃度検出を例に挙げ説明する。
【0086】
図15において、実線で示したL1は、センサー出力特性の変動要因がないデフォルト状態での正反射出力特性を表し、L5は同じく拡散反射出力特性を表している。またL1及びL5の特性(濃度とセンサー出力値の関係)は、あらかじめ装置本体のメモリ内に変換テーブルとして格納されている。
【0087】
図15中、破線で示されたL2、L6は、センサー出力特性に変動があった場合の正反射出力特性(L2)、同じく拡散反射出力特性(L6)を表している。本実施例でも、実施例1と同様、発光素子91の発光光量が初期値に対して80%に減少し、且つセンサーの取り付け角度θが2度傾いた場合を例に挙げる。
【0088】
以下、拡散反射光出力の補正手順を図16を参照して説明する。先ず、中間転写ベルト5の表面出力を正反射受光素子92及び拡散反射受光素子93で検出する。このときの検出値はP2及びS6となる。次に、中間転写ベルト5上に基準トナー画像を形成する。ここで、基準トナー画像は、実施例1と同様に、画像比率33%のハーフトーンディザ画像を使用した。なお、本実施例においても基準トナー画像の濃度は、0.6(図中D3)であった。
【0089】
次に、前記の基準トナー画像からの出力値を正反射受光素子92及び拡散反射受光素子93で検出する。正反射出力及び拡散反射出力は、それぞれ図13のP4、S4となる。次に、正反射出力によって基準トナー画像の濃度D3を算出する。方法は実施例1と同様であり、説明は省略する。
【0090】
次に、拡散反射出力特性テーブル(L5)を参照して、濃度D3に対する基準出力S3を算出する。
【0091】
実際に基準トナー画像から得られた拡散反射出力値S4、濃度D3に対する基準出力S3、中間転写ベルトを測定したときの拡散反射出力S6、中間転写ベルトに対する基準拡散反射出力S5から、拡散反射出力の変動比率αsを、
αs=(S4−S6)/(S3−S5)
で算出する。以上の手順により拡散反射出力の変動比率αsが求められる。
【0092】
他のトナー画像(画像濃度制御に使用するトナー画像)の濃度は、トナー画像からの拡散反射出力値をαsにより正規化した後、拡散反射出力の特性テーブル(L5)を参照すれば算出できる。
【0093】
具体的には、トナー画像からの拡散反射出力がX0であった場合、正規化後の出力X1は、
X1=S5+(X0−S6)/αs
となり、X1を特性テーブル(L5)に対して参照した値がトナー濃度となる。
【0094】
以上、本実施例によれば、感光ドラム、中間転写体のような像担持体上にカラートナーの基準トナー像を形成し、基準トナー像からの反射光を拡散反射型と正反射型の濃度検知センサーにより検知し、その際の正反射型濃度検知センサーの出力値と拡散反射型濃度センサーの出力値と、更に、像担持体の表面を拡散反射型の濃度検知センサーによって検知した検知出力値とに基づいて、拡散反射型濃度検知センサーの出力値補正を行うようにしたので、像担持体が黒色以外であっても、色トナーの濃度検知精度を向上させることが可能になった。
【0095】
実施例3
本実施例では、拡散反射出力とトナー濃度の関係が直線的でない関係を有する場合における拡散反射出力の補正方法について図17を用いて説明する。
【0096】
図17中、縦軸は拡散反射受光出力を表し、横軸は中間転写ベルトとトナー画像の濃度を加えた値を示している。
【0097】
なお、横軸の原点は拡散反射光がない状態、つまり中間転写ベルトが拡散反射成分を持たず、且つトナーもない状態を示す。更に、a0は中間転写ベルトの基準下地出力値を表しており、k0は正反射出力から算出された基準トナー画像の濃度を表している。
【0098】
図中、実線で示したf(x)は、センサー出力特性の変動要因がないデフォルト状態での拡散反射出力特性を表しており、あらかじめ装置本体のメモリ内に変換テーブルとして格納されている。また破線で示したαf(x)は、センサー出力特性に変動があった場合の拡散反射出力特性を表している。
【0099】
なお、本実施例では、発光素子の出力が基準より低下し、且つ中間転写ベルト5の濃度も汚れによりa1まで低下した状態とする。この場合、基準トナー濃度の値もk1まで減少したのと同じ状態になる。
【0100】
また、k1とk0は、
k1=k0−(a0−a1)
の関係が成り立つ。S10は、基準トナー画像に対する拡散反射出力を示しており、
S10=αf(k0−(a0−a1)) ・・・(1)
の関係にある。又、S8は、中間転写ベルトの下地に対する拡散反射出力を表しており、
S8=αf(a1) ・・・(2)
の関係にある。
【0101】
式(1)及び(2)を解くことによりαとa1を算出すれば、この場合においても、拡散反射出力の正規化補正が可能となる。
【0102】
具体的には、トナー画像からの拡散反射出力がx0であった場合、正規化後の出力x1は、
X1=x0/α
となり、X1を特性テーブルf(x)に対して参照した値が、トナー濃度と中間転写ベルトの濃度を足した値となり、そこから中間転写ベルトの濃度a1を引けば、トナー画像の濃度となる。
【0103】
以上により、本実施例では、拡散反射出力とトナー濃度の関係が直線的でない関係を有する場合においても、拡散反射出力の補正を行うことが可能になった。
【0104】
以上、実施例1〜3では、具体的には、濃度制御用トナー画像が形成される濃度検知媒体として中間転写ベルトを例にあげ説明したが、濃度検知媒体はこれによらず、上述したように、他の像担持体(例えば感光体)でもよい。特に、感光体は、一般的に拡散反射特性を有する場合が多く、実施例2、3の適用が好適である。更に、濃度制御用トナー画像が形成される濃度検知媒体は、像担持体に限らず、転写材を担持し搬送する転写ベルトなどの転写材担持体でもよく、感光体、中間転写体などの像担持体の場合と同様の効果を得ることができる。
【0105】
又、上記実施例では、コスト及び装置の小型化に有利である拡散反射型と正反射型が複合化されたセンサーを使用したが、正反射型センサーと拡散反射型センサーとを独立に1つずつ使用した場合でも、本発明は適用可能である。
【0106】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、色トナーの像濃度検知精度が向上し、その結果、低コスト且つ色再現の安定性に優れたカラー画像を得ることが可能になった。
【0107】
又、本発明によれば、像担持体若しくは転写材担持体が黒色以外であっても、色トナーの濃度検知精度を向上させることができる。
【0108】
更に又、拡散反射出力とトナー濃度の関係が直線的でない関係を有する場合においても、拡散反射出力の補正を行うことが可能になった。
【0109】
更には、色トナーの濃度検出に拡散反射出力を用いることにより、高濃度領域の検知精度を向上することができ、高濃度領域におけるトナー載りすぎも抑制できるので、トナー載り量が多いときに発生する定着不良や転写不良などの様々な弊害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に用いたカラー画像形成装置を示す断面図である。
【図2】図1の画像形成装置で使用した濃度センサーを示す説明図である。
【図3】本発明の実施例1における黒トナーのセンサー出力を示すグラフである。
【図4】実施例1における色トナーのセンサー出力を示すグラフである。
【図5】図2の濃度センサーの正反射と拡散反射の指向性を示す説明図である。
【図6】図2の濃度センサーが傾いたところ示すに説明図である。
【図7】実施例1による拡散反射出力の補正方法を示す説明図である。
【図8】実施例1による拡散反射出力の補正方法を示すフロー図である。
【図9】実施例1による拡散反射出力の補正方法の変更例を示すフロー図である。
【図10】図1の画像形成装置で使用する現像バイアスを示す説明図である。
【図11】図1の画像形成装置で形成する制御用トナー画像を示す説明図である。
【図12】実施例1で行う濃度制御法を示す説明図である。
【図13】本発明の実施例2における黒トナーのセンサー出力を示すグラフである。
【図14】第2の実施例における色トナーのセンサー出力を示すグラフである。
【図15】実施例2による拡散反射出力の補正方法を示す説明図である。
【図16】実施例2による拡散反射出力の補正方法を示すフロー図である。
【図17】本発明の実施例3による拡散反射出力の補正方法を示す説明図である。
【図18】実施例3による拡散反射出力の補正方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
1 感光ドラム(第一の像担持体)
2 一次帯電器
4a〜4d 現像装置
5 中間転写体(第二の像担持体)
9 濃度センサー(濃度検知手段)
91 発光素子
92 正反射受光素子(正反射型濃度検知手段)
93 拡散反射受光素子(拡散反射型濃度検知手段)
Claims (6)
- 像担持体若しくは転写材担持体上に色トナーを用いて濃度検知用トナー像を形成し、前記濃度検知用トナー像の濃度を拡散反射型と正反射型の濃度検知手段により検知して、その検知結果に基づいて画像形成条件を制御する画像濃度制御機構を有するカラー画像形成装置であって、
前記画像濃度制御機構は、
前記像担持体若しくは転写材担持体表面からの反射光を前記正反射型の濃度検知手段により検知した正反射出力P2について、予め定められた基準下地出力P1に対する比率αp=P2/P1を算出し、
前記濃度検知用トナー像からの反射光を前記正反射型の濃度検知手段により検知した正反射出力P4を前記αpで除することで正規化した出力P3を、前記正反射出力から前記濃度への変換式または変換テーブルによって濃度D1へ変換し、
前記D1を、前記濃度から前記拡散反射出力への変換式または変換テーブルによって拡散反射出力の基準出力S1へ変換し、
前記濃度検知用トナー像からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力S2について、前記S1に対する比率αs=S2/S1を算出し、
前記αsの算出以降に形成した前記濃度検知用トナー像の濃度を検知する際に、該濃度検知用トナー像からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力を、前記αsで除することで正規化した後、前記拡散反射出力から前記濃度への変換式または変換テーブルによって前記濃度へ変換することを特徴とするカラー画像形成装置。 - 像担持体若しくは転写材担持体上に色トナーを用いて濃度検知用トナー像を形成し、前記濃度検知用トナー像の濃度を拡散反射型と正反射型の濃度検知手段により検知して、その検知結果に基づいて画像形成条件を制御する画像濃度制御機構を有するカラー画像形成装置であって、
前記画像濃度制御機構は、
前記像担持体若しくは転写材担持体表面からの反射光を前記正反射型の濃度検知手段により検知した正反射出力P2について、予め定められた基準下地出力P1に対する比率αp=P2/P1を算出し、
前記濃度検知用トナー像からの反射光を前記正反射型の濃度検知手段により検知した正反射出力P4を前記αpで除することで正規化した出力P3を、前記正反射出力から前記濃度への変換式または変換テーブルによって濃度D1へ変換し、
前記濃度検知用トナー像からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力S2を、前記拡散反射出力と前記濃度との直線的な関係に対応する変換式または変換テーブルによって濃度D2へ変換し、
前記D2について、前記D1に対する比率αs=D2/D1を算出し、
前記αsの算出以降に形成した前記濃度検知用トナー像の濃度を検知する際に、該濃度検知用トナー像からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力を、前記αsで除することで正規化した後、前記拡散反射出力から前記濃度への変換式または変換テーブルによって前記濃度へ変換することを特徴とするカラー画像形成装置。 - 像担持体若しくは転写材担持体上に色トナーを用いて濃度検知用トナー像を形成し、前記濃度検知用トナー像の濃度を拡散反射型と正反射型の濃度検知手段により検知して、その検知結果に基づいて画像形成条件を制御する画像濃度制御機構を有するカラー画像形成装置であって、
前記画像濃度制御機構は、
前記像担持体若しくは転写材担持体表面からの反射光を前記正反射型の濃度検知手段により検知した正反射出力P2について、予め定められた基準下地出力P1に対する比率αp=P2/P1を算出し、
前記濃度検知用トナー像からの反射光を前記正反射型の濃度検知手段により検知した正反射出力P4を前記αpで除することで正規化した出力P3を、前記正反射出力から前記濃度への変換式または変換テーブルによって濃度D3へ変換し、
前記D3を、前記濃度から前記拡散反射出力への変換式または変換テーブルによって拡散反射出力の基準出力S3に変換し、
前記S3と、前記濃度検知用トナー像からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力S4と、予め定められた基準拡散反射出力S5と、前記像担持体若しくは転写材担持体表面からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力S6と、を用いて比率αs=(S4−S6)/(S3−S5)を算出し、
前記αsの算出以降に形成した前記濃度検知用トナー像の濃度を検知する際に、該濃度検知用トナー像からの反射光を前記拡散反射型の濃度検知手段により検知した拡散反射出力を、前記αsを用いて正規化した後、前記拡散反射出力から前記濃度への変換式または変換テーブルによって前記濃度へ変換することを特徴とするカラー画像形成装置。 - 前記像担持体は、電子写真感光体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載のカラー画像形成装置。
- 前記像担持体は、中間転写体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載のカラー画像形成装置。
- 前記像担持体及び転写材担持体は、光沢性を有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれかの項に記載のカラー画像形成装置。
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